книга "НИС". Вагущенко Л. Л. Судовые навигационно информационные системы одесса 2004
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
обсервации в стесненных водах желательно выполнять с помощью двух независимых позиционных средств. Учитывая это обстоятельство и большую интенсивность движения на внутренних водных путях, следует отметить важную роль РЛС в навигации по ним. В речной ЭКДИС для обеспечения в реальном времени надежных, непрерывных обсерваций не лишней является возможность автоматического определения места судна по данным РЛС. Кроме РЛС, в условиях внутренних водных путей особое значение приобретает бортовая аппаратура АИС, которая позволяет получать сведения о судах, включая цели, находящиеся за изгибами реки и ненаблюдаемые по РЛС. Электронная карта, РЛС, транспондер АИС являются важными источниками информации об обстоятельствах плавания. Однако, если устройства отображения их данных будут отдельными, то шкиперу придется распределять свое внимание между несколькими экранами и терять время, дефицит которого и так наблюдается при плавании в стесненных водах. Отсюда следует, что представление данных в речных ЭКДИС должно интегрироваться на одном экране. При следовании по внутренним водным путям на экране ЭКДИС желательно иметь обзор обстановки впереди судна на достаточно большой дистанции. Ориентация ЭК должна совпадать с наблюдаемой визуально картиной. Чтобы на экране системы видеть объекты по тем же направлениям, что и при визуальном наблюдении с мостика, предпочтительно ориентировать карту «по курсу». При отображении обстановки в истинном движении дистанция обзора по носу судна непрерывно уменьшается. Для обеспечения просмотра участка требуемой протяженности в этом случае необходимо сдвигать изображения карты на достаточно большом расстоянии подхода символа судна к краю экрана. Это приводит к определенным неудобствам в наблюдении. Представление данных в режиме относительного движения обеспечивает неизменную дистанцию обзора, которая, при необходимости, может быть увеличена смещением центра экрана вместе с символом судна назад по курсу. Поэтому в процессе плавания по рекам предпочтительно ориентировать ЭК «по курсу» и использовать режим относительного движения. 267 Для внутренних водных путей характерны существенные колебания уровня, вызванные различными причинами, засухой, паводком, дождями и т.д. Просматривая судоходные участки внутренних водных путей на земной поверхности, можно найти места, где величина изменения уровня в течение года может достигать 10 и более метров. Колебания уровней рек, каналов, озер изменяют глубины водного пути. Поэтому на отображаемых в речных ЭКДИС картах желательно значения глубин показывать от действительного, наблюдаемого в данный момент уровня. Для возможности непрерывного слежения за глубинами вдоль внутренних водных путей и передачи данных о текущем уровне потребителям создаются специальные службы. Например, в Канаде на реке Святого Лаврентия создана специальная измерительная сеть для получения значений глубин вдоль фарватера, которая в реальном времени передает информацию о текущем уровне реки в центральную базу данных. Информация с центральной базы по каналам связи доступна владельцам судов, мореплавателям и другим лицам, которые могут ее использовать для решения своих задач. Этапы создания речных ЭКДИС. В Западной Европе при определении требований к ИЭКДИС и их разработке вначале, в рамках пилотного проекта «АРГО» (1998-1999г.), основанного речными властями Германии, испытывался прототип ИЭКДИС на речном катере “MS MAINZ”. В процессе испытаний образец речной ЭКДИС дорабатывался по результатам его применения в пробных рейсах. После того, как в пилотном проекте «АРГО» были согласованы все технические детали, фирма “Fa.Innovative GmbH” создала серийную систему «Radarpilot 720 0 », которая в 2000-2001 г. прошла пробные испытания на 12 грузовых судах. Результаты выполненной работы показали эффективность предложенных решений и позволили создать обоснованный единый Стандарт для европейских речных ЭКДИС (Inland ECDIS Standard – 2001-I-16). Этот документ был принят Центральной комиссией Рейнского судоходства 31 мая 2001 года. Cтандарт ИЭКДИС одобрила и рекомендовала для применения Дунайская комиссия - DC (Recommendation of the Danube Commission of 2/10 April 2001 – DK/YII- 2001) и Объединенных Наций экономическая комиссия для Европы – UN/ECE (Resolution No 48 of UN/ECE «Recommendation on ECDIS for Inland navigation», Oct., 2001 г – TRANS/SC.3/2001/1). Система «Radarpilot 720 0 ». Программно-аппаратный комплекс речной ЭКДИС - «Radarpilot 720 0 », в настоящее время эксплуатируется на нескольких речных судах в Западной Европе. «Radarpilot 720 0 » является первой сертифицированной интегрированной навигационной системой для судов внутреннего 268 плавания. В ней используется информация таких навигационных приборов как радиолокатор, приемник GPS, указатель скорости поворота, транспондер АИС и др. Благодаря объединению информации этих средств с данными карт и наличию достаточно мощных информационных ресурсов, «Radarpilot 720 0 » позволяет получить всю необходимую для проводки судна информацию. В результате обеспечивается максимум безопасности в любое время суток, даже в сложных условиях, таких как туман и ночь. На экране системы «Radarpilot 720 0 » отображаются берега реки, фарватер, радиолокационные буи, линии электропередач, километровые указатели и другие речные информационные знаки. К этой системе могут быть подключены все современные речные РЛС. Радиолокационное изображение накладывается на карту в виде прозрачного образа, имеющего зеленый цвет. Оно не ухудшает видимость карты. Благодаря применению современной технологии, карта и радиолокационное изображение всегда одинаково ориентированы, имеют единый масштаб и совмещены. «Radarpilot 720 0 » автоматически выделяет другие суда, берет их на сопровождение и показывает их вектора. Стационарные точечные объекты, такие как радиолокационные буи, отмечаются крестиками и выделяются подсвечиванием. Рис. 9.1. Отображение обстановки плавания на экране ИЭКДИС. Пример отображения данных РЛС и карты, совмещенной с радиолокационным изображением на экране системы «Radarpilot 720 0 », представлен на рис. 9.1. Значения глубин от официального вертикального датума включены в данные электронных карт. Действительные уровни и их прогнозы могут быть загружены в память «Radarpilot 720 0 ». Система 269 рассчитывает допустимую осадку, по загрузке судна и данным о действительном уровне выделяет на экране судоходную часть реки. Российская ЭКС для речных судов. Компания «Транзас Евразия» выпустила первую в России систему отображения электронных навигационных карт и информации («СОЭНКИ 3000») для судов речного флота. 4 августа 2003 года Российским Речным Регистром был выдан на эту систему Сертификат одобрения. «СОЭНКИ 3000» обеспечивает судоводителей речного транспорта полной информацией об обстановке в районе нахождения судна. Отображение данных интегрировано на одном экране. Обладая широкими функциональными возможностями, эта речная ЭКС автоматизирует процесс судовождения по внутренним водным путям, повышает безопасность плавания и эффективность эксплуатации речных судов. ЭКС «СОЭНКИ 3000» включает в себя специализированные процессор, монитор, клавиатуру с трекболом, информационные базы и программное обеспечение. Система позволяет проводить различные операции с картами (масштабирование, селекцию данных, приспособление к условиям освещенности и т.д.), планировать маршрут, выполнять все действия, связанные с исполнительной прокладкой, вести судовой журнал, получать информацию по навигационным объектам, работать с различными навигационными приборами (с бортовой аппаратурой GPS и АИС, с РЛС, с указателем скорости поворота и т.д) и многое другое. 9.2. Характеристика речных ЭКДИС. Охарактеризуем ИЭКДИС, основываясь на информации об европейских образцах этих систем. Как и морская система, ИЭКДИС включает в себя аппаратное, информационное, программное обеспечения, средства общения с оператором и периферийные устройства. Эта система отображает картографическую информацию, данные навигационных приборов и результаты мониторинга процесса судовождения. В ИЭКДИС применяются речные ЭНК и неофициальные электронные карты: растровые и векторные. В случае использования неофициальных карт ИЭКДИС переходит в разряд ЭКС. ЭНК могут производиться и издаваться частными кампаниями и администрациями внутренних водных путей. Карты ЭНК, созданные частными организациями для использования в навигационном режиме, и их корректуры должны тестироваться и утверждаться компетентными властями. 270 Для названий файлов данных ячеек ЭНК используется восемь символов и расширение из трех знаков. В качестве примера приведем названия двух файлов немецких карт для рек Дуная - DE5D2270.000 и Рейна - DE5RH370.001. Первые два символа в названии файла идентифицируют производителя карты. Третий знак характеризует назначение карты. Чаще всего это цифра 5, так как речные карты по масштабу соответствуют картам гаваней. Четвертый (или четвертый и пятый) символ указывает название водного пути. Например, D – Danube (Дунай), Rh – Rhine (Рейн). Пятая-восьмая (или шестая-восьмая) позиции предназначены для показа в километрах отстояния ячейки карты от устья реки. Расширение файла отведено для указания номера корректуры данных ЭНК. В Европе ячейка ИЭНК обычно охватывает 10 км водного пути. Функции ИЭКДИС. Чтобы соответствовать специальным условиям плавания по внутренним водным путям, в речных ЭКДИС, по сравнению с морскими, введены новые функции: – представления средств навигации (вида буев, знаков, указателей) и текстов в специальном окне на дисплее ЭКДИС; – показа изобат для действительного уровня воды и отображения индивидуальной судоходной полосы для судна в зависимости от выбранной его осадки и действительного уровня воды; – наложения на ЭНК радиолокационного изображения с автоматическим совмещением его с картой. Вместо имеемых в морских ЭКДИС режимов «Исполнительная прокладка», «Планирование пути» для ИЭКДИС установлены режимы «Информационный» и «Навигационный». С целью обеспечения высокой надежности информации речные ЭКДИС предоставляют возможность использования избыточных методов для автоматического определения позиции судна: с помощью DGPS и по данным РЛС методом совмещения радиолокационного изображения с данными электронной карты. Для совмещения радиолокационного образа с картой (Radar-Map- Matching) в речных ЭКДИС применяются специальные программные средства. Для европейских систем они были разработаны учеными Штутгартского университета и опробованы в рамках проекта «АРГО». Для выполнения уверенного совмещения данных РЛС и карты, объекты ЭНК, опознаваемые на радиолокационном изображении, должны быть отмечены специальными атрибутами в ее цифровых данных. Одной из наиболее важных особенностей речных ЭКДИС является возможность получения на экране в специальном окне выборочных 271 описаний (pick report) информационных речных знаков. Это описание появляется при щелчке манипулятором, когда курсор наведен на интересующий оператора знак. Описание знака содержит графическое изображение его внешнего вида, объяснение назначения, дальность видимости, характеристики. Для реализации этой возможности для речных информационных знаков были разработаны новые (по отношению к морским ЭКДИС) символы. Кроме того, записи этих объектов в файлах карт были дополнены необходимыми графическими и текстовыми данными. Речные ЭКДИС, аналогично морским, названным способом позволяют получать информацию и о других объектах карты. Для отображения информации о глубинах относительно уровня воды в конкретный момент выполняются следующие действия: – Судоводитель вводит в систему значение текущего уровня, полученное по каналам связи из официального источника, и наименьшую глубину, которую он считает безопасной для своего судна; – На монитор выводятся в виде линий границы безопасных глубин при заданном уровне воды. ИЭКДИС имеют сигнализацию для предупреждения судоводителя о случаях, требующих его внимания. Речные ЭКДИС полностью совместимы с морскими образцами этой аппаратуры и способны отображать морские ЭНК. Ввиду того, что морские суда заходят в порты на «морских» участках рек, то ИЭНК отображаются в морских ЭКДИС. Рядом функций речных ЭКДИС морские образцы этих систем не обладают. Речные ЭКДИС также не имеют полных функциональных возможностей морских одноименных систем. ЭКДИС для судов типа “река-море”, по-видимому, должны сочетать возможности морских и речных систем. Основные режимы. Речные ЭКДИС применяются в двух основных режимах: информационном и навигационном. Первый является обязательным для всех ИЭКДИС. Информационный режим предназначен для представления карт района плавания и сведений о его элементах в процессе перехода и при его проработке. В этом режиме система показывает ЭНК без символа судна. Оператору предоставляется возможность вручную прокручивать изображение карты, как бы имитируя смену обстановки при движении судна вверх или вниз по фарватеру в относительном движении с предполагаемым местом судна в центре экрана. При подключенном позиционном датчике реализуется режим автоматической прокрутки (скроллинга) изображения на экране в соответствии с изменением координат судна. В этом случае автоматически отображается часть карты, соответствующая 272 действительной обстановке вокруг судна, когда его позиция находится в центре экрана. Навигационный режим означает применение ИЭКДИС для вождения судна с предоставлением вместе с картой символа нашего судна, его элементов движения, радиолокационного изображения. Дополнительно может использоваться информация транспондера АИС и других навигационных приборов. Место судна должно получаться по данным позиционной системы, непрерывно определяющей место судна с точностью, отвечающей безопасности плавания по рекам. В навигационном режиме СЭНК и изображение радара совмещаются на одном мониторе (интегрированный дисплей). По отношению к ИЭКДИС, термин интегрированный дисплей означает ориентированную по курсу в относительном движении картину, состоящую из данных СЭНК и совмещенного с картой по масштабу, положению и ориентации радиолокационного изображения. датчик РЛС РЛС датчик ПК Дисплей ИЭКДИС Панель ИЭКДИС Дисплей РЛС и ИЭКДИС Дисплей РЛС Дисплей РЛС или РЛС и ИЭКДИС дисплей Дисплей РЛС и ИЭКДИС ПК ПК ЭКДИС процессор ЭКДИС процессор ЭКДИС процессор РЛС процессор РЛС процессор РЛС и ЭКДИС процессор Панель ИЭКДИС Панель ИЭКДИС Панель РЛС Панель РЛС Панель РЛС и ИЭКДИС Конфигурация 1 Конфигурация 2 Конфигурация 3 Конфигурация 4 Позиционный датчик Позиционный датчик Позиционный датчик Позиционный датчик РЛС датчик Рис. 9.2. Конфигурации ИЭКДИС. 273 Для определения места судна в навигационном режиме используются две независимые друг от друга системы – радиолокационная (Radar-Map Matching) и DGPS. Конфигурации ИЭКДИС. Центральной комиссией Рейнского судоходства были предложены четыре конфигурации ИЭКДИС (рис. 9.2). В первой конфигурации предусмотрен лишь один информационный режим работы. Функции системы во второй и в третьей конфигурации расширены за счет подключения оборудования РЛС. Здесь ИЭКДИС может работать в информационном и в навигационном режимах. Отличаются конфигурации только количеством дисплеев. В четвертой конфигурации функции ИЭКИС и РЛС интегрированы. Распространение речных электронных карт. Речные ЭНК поставляются уполномоченными организациями. В США такими распространителями являются USACE и NOAA. Последняя организация выпускает ЭНК «морских» участков рек. В Европе электронные карты производятся и распространяются следующими фирмами и организациями: – Innovative navigation – www.innоvаtivе-nаvigаtiоn.dе; – TRESCO Navigation Systems – www.trеscоnаvigаtiоnsystеms.com; – SevenCs – www.sevencs.de; – C-MAP Norway AS – www.c-map.no/. В Германии главным поставщиком ИЭНК является организация «Water and Shipping Directorate Southwest». Фирма «TRESCO Navigation Systems» также производит и распространяет растровые карты для внутренних водных путей Бельгии, Голландии и, частично, Германии и Франции. 9.3. Требования, предъявляемые к ИЭКДИС. В мае 2001 года Центральной Комиссией Рейнского судоходства был утвержден Стандарт для Речных ЭКДИС, который является основой для всех электронных навигационных систем на внутренних водных путях Западной Европы. В Минтрансе Российской Федерации в июле 2001 года также были утверждены руководящие документы по развитию электронных навигационно-информационных систем для внутренних вод России. Европейский Стандарт для речных ЭКДИС разделен на пять главных частей: – Эксплуатационный стандарт, определяющий назначение, общие навигационные и технические аспекты применения бортовых ИЭКДИС; – Стандарт данных (формат обмена); 274 – Библиотека презентации; – Операционные и эксплуатационные требования, методы тестирования и требуемые их результаты; – Глоссарий терминов. По многим пунктам эксплуатационные стандарты для ИЭКДИС совпадает с Требованиями ИМО и МГО к морским ЭКДИС. Это касается данных карт, корректур к ним, отображения СЭНК и других разделов. Главной задачей речных ЭКДИС является повышение безопасности и эффективности судовождения на внутренних водных путях. Применение этих систем должно уменьшать нагрузку на судоводителей по сравнению с традиционным методом навигации по рекам и по другим внутренним путям. В ИЭКДИС следует использовать только официальные навигационные карты, «Речные ЭНК» (Inland ENC), а также только официальную корректуру к ним. ИЭНК издаются в Германии для Рейна, Дуная, Эльбы и других путей, в Австрии, Бельгии, Голландии, Франции, Швейцарии для своих судоходных артерий. Горизонтальным датумом ИЭНК должен быть WGS84. В случаях, когда координаты картографических объектов пересчитываются в WGS84 из локальной или региональной геодезической системы, погрешность трансформации не должна превышать 0.5 м. Если речная ЭНК предназначена для использования в навигационном режиме ИЭКДИС, то в нее должны быть включены, по крайней мере, следующие объекты: – Берега водного пути (при среднем уровне воды); – Сооружения с береговой чертой, такие как волнорезы, насыпи, дамбы и т.д. (при среднем уровне воды); – Очертания шлюзов и дамб; – Границы фарватеров (если определены); – Отдельные подводные опасности на фарватере; – Отдельные надводные опасности, такие как мосты, линии электропередач над рекой и т.д.; – Буи, бакены, огни, информационные знаки; – Ось водного пути с указанием километров и их десятков. Отсчет глубин ИЭНК может базироваться на официальных датумах (референцных уровнях), используемых на бумажных картах внутренних водных путей. В состав данных карты должны входить постоянные значения глубин, отсчитываемые от референцного уровня. Кроме того, ИЭНК может содержать зависящие от времени поправки к глубинам, равные отстоянию текущего уровня от вертикального датума карты. Правила обновления значений этих поправок планируется установить в ближайшем будущем. 275 Должна быть возможность показа на карте значений глубин как от референцного так и от текущего уровней. Требуется, чтобы системная карта речной ЭКДИС, как и морская СЭНК, имела три категории нагрузки: базовую, стандартную и полную. Изменяемая со временем информация о глубинах должна отображаться независимо от названных трех категорий данных. Остановимся на ряде отличий между стандартами речных и морских ЭКДИС, основываясь на Европейских требованиях к ИЭКДИС. В речных ЭКДИС выделяют |